煤对甲烷及氘代甲烷吸附性能研究

煤层注水是一项综合灾害防突措施,常被应用于瓦斯、粉尘及冲击地压防治。获得煤-水-甲烷三相体系中水分的分布规律,对于揭示含瓦斯煤注水防突、防冲及防尘的机理具有重要的理论意义。对于煤-水-甲烷三相体系中水分分布的测试,无损检测法是一种首选的方法,核磁共振测试技术对于水分分布测试具有其独特的优势,然而采用核磁共振测试煤-水-甲烷三相体系中水分的分布规律时,甲烷分子中氢原子与水分子中的氢原子相互干扰,造成不能准确获得煤-水-甲烷三相体系中水分的分布规律。提出采用氘代甲烷(CD_(4))代替甲烷(CH_(4))研究含瓦斯煤中水分分布,需首先获得煤对CD_(4)及CH_(4)的吸附特性。采用等温吸附试验及分子动力学模拟的方法研究了煤对CH_(4)及CD_(4)的吸附量及等量吸附热。研究结果表明:煤对CH_(4)及CD_(4)的吸附量差别不大,且吸附量与吸附平衡压力满足Langmuir的函数关系;煤对CH_(4)及CD_(4)的等量吸附热随着吸附平衡压力的增加而减小,等量吸附热与瓦斯压力满足指数的函数关系;同一温度条件下,煤对CH_(4)及CD_(4)的等量吸附热差别不大;煤对CH_(4)及CD_(4)的等量吸附热随着温度的减小而增加,且等量吸附热均存在极限值、均为物理吸附。研究结果为采用核磁共振定量研究煤-甲烷-水分三相体系中水分的分布规律奠定理论基础。